JP4240365B2 - 適応バーストモデムおよびリンクホッピング無線ネットワークのための搬送波位相回復システム - Google Patents

Description

本発明は、ゆっくり時間変動するチャネルを介して適応バーストモデムおよびマルチリンクホッピングメッシュ無線ネットワーク内で動作する固定ブロードバンドワイヤレスアクセス（ＢＷＡ）アプリケーション内で用いられる搬送波位相回復サブシステムに関する。適応モデムは、このようなチャネルを介して１つのリンクから別のリンクへの高速リンクホッピングが可能である。つまり、チャネルは、任意の所与のリンクについてバースト毎に準静的である。

本明細書に記述する実施形態は、Ｊ．ＢｅｒｇｅｒおよびＩ．Ａａｒｏｎｓｏｎにより１９９８年１１月５日に出願された米国特許出願第０９／１８７，６６５号、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｓｈ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」に記述されているタイプのワイヤレスメッシュトポロジネットワーク、Ｊ．Ｂｅｒｇｅｒらにより出願された米国特許出願第０９／４３３，５４２号「Ｓｐａｔｉａｌｌｙ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｏｕｔｅｒ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄａｔａ Ｐａｃｋｅｔｓ」に記述されている設計と同様の交換マルチビームアンテナ設計を有するネットワークノード、Ｙ．Ｋａｇａｎらにより２０００年１０月３０日に出願された米国特許出願第０９／６９９，５８２号、「Ｊｏｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｄｍｉｔｔｉｎｇ Ａ Ｎｏｄｅ Ｔｏ Ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｓｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ」に開示されている方法および装置と合わせて使用できる。これらの米国特許出願のそれぞれを参照により本明細書に組み込まれている。

ディジタルデータのバースト伝送は、衛星時分割多元接続、ディジタルセルラ無線、広帯域モバイルシステム、ブロードバンドワイヤレスアクセスシステムなどのいくつかのアプリケーションにおいて用いられている。設計の兼ね合いと得られたアーキテクチャは、これらのアプリケーションのそれぞれにおいて異なる。

これらのアプリケーションのほとんどにおいて、周知のシンボルのプリアンブルが、同期目的でデータパケットのそれぞれのバーストの始めに挿入される。短いプリアンブルについては優れた性能を得るために、データ支援（ＤＡ）アルゴリズムが通常用いられる。しかし、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の低い値では、同期が困難となる。

コヒーレント検出スキームは、遅延コヒーレントまたは非コヒーレントスキームと比べて、パワー効率の点で優れている。しかし、コヒーレント検出に必要な搬送波位相回復は、フェージングチャネルの時間変動特性によって作用される。ディジタル通信システムのコヒーレント検出によってもたらされるパワー効率は、受信機に搬送波位相同期技術が用いられる場合にのみ効果的である。

固定帯域幅を通じて増加し続けるスループットが常に求められ、ブロードバンドＩＰ（インターネットプロトコル）アプリケーションによってさらに刺激されて、システム設計者は、よりスループット効率の良い変調スキームを追求するようになってきている。その比較的優れた性能により、これらのアプリケーションの多くで大きな直交振幅変調（ＱＡＭ）コンステレーションが使用されている。大きなＱＡＭコンステレーションの使用に関連するクリティカルな問題の１つが搬送波位相推定の問題であり、これは特にバーストモデムアプリケーションにおいて、効率の理由により、しばしばプリアンブルを使用しないで実施しなければならない。問題は、直交成分（すなわち、Ｉ／Ｑチャネル）間のクロストーク干渉についてさらに複雑である。

コヒーレント検出については、受信機で搬送波位相同期を確立するための２つの基本手法がある。１つが、受信機がパイロットシンボルを抽出し、その局部発振器を受信信号の搬送波位相に同期することを可能にする送信機部で、周知の信号が挿入されるパイロットベースのものである。周知のシンボルは、ｐパイロットとｍデータシンボルの比率で、データシーケンスとともに多重化される。受信機部で、入り波形はフィルタがかけられ、シンボルレートでサンプリングされる。サンプルシーケンスは、周知のシンボルの２つのストリーム、つまりデータストリームと基準ストリームに分割される。後者を取り除き、パイロットシンボルに対応するサンプルのみを次の処理のために使用する。受信信号の搬送波成分を取得し追跡するために、狭帯域位相ロックループ（ＰＬＬ）が一般に用いられる。

このような手法は、短いバーストの伝送を伴うアプリケーションにおいては適切ではない。周知のデータシーケンスの挿入により、短いバーストのための伝送効率が著しく減少する。その結果、このようなシステムにおいては、パイロット支援アルゴリズムは適用可能ではない。

第２の手法においては、搬送波位相推定値は、変調信号から直接導出される。実際、この手法は、全送信機パワーがデータシンボルの伝送に割り当てられるというその明確な利点により、極めて広く実施されている。伝送効率が最適化される。

Ｍ−ＱＡＭなどの、高レベルの変調スキームにおける搬送波位相誤差の作用、φ_ｅ＝φ−φ＾は、同相成分と直交成分からのクロストーク干渉と、ｃｏｓ^２（φ−φ＾）だけ所望の信号成分のパワーが減少することである。同相成分と直交成分の平均パワーレベルが同じなので、小さい位相誤差により、特により高い変調レベル（すなわち、Ｍ≧１６）で大きな性能劣化が生じる。

連続モデムアプリケーションにおいては、ユーザは、一般に、受信機が追跡プロセスが収束する獲得段階を経る間の数秒間を待つのをいとわない。しばしば、連続モデムの獲得プロセスは、単に位相ロックループが受信信号上で同期引込みするのを可能にする。言い換えれば、獲得プロセスは追跡プロセスに他ならない。

それと対称的に、バーストモデムにおいては、所与の伝送のユーザのデータコンテントは、１ミリ秒のうちのほんの一部分にすぎない可能性がある。長い獲得時間は、許容不可能なレベルのオーバヘッドをシステムに引き起こし、キャパシティが実質的に減少する。したがって、バーストモデムは、適切な受信機ゲイン、搬送波周波数および位相、サンプルタイミング周波数および位相、および必要ならば、受信機の等化器のための等化器タップをすばやく推定する特別な獲得プロセスを必要とする。また、獲得プロセスは、バースト内のどのビットが第１のユーザデータビットであるかを確実に識別して、その結果、より高いレイヤのプロトコルスタックがデータを適切にフォーマットできるようにしなければならない。

初期の搬送波位相は、コヒーレント相関器の出力の位相を使用して推定できる。この位相は、プリアンブルの中間にあるサンプルの位相の推定値である。プリアンブルの始めまたは末端で位相を推定したい場合は、中間からの推定値が、周波数誤差推定値によって補償されなければならない。周波数誤差推定値は完全には正確でないので、この補償にそれを使用すると、プリアンブルの末端のために形成される位相推定値の精度が悪くなる。したがって、プリアンブルのどの末端から追跡を開始するのが最良のルートかまたはプリアンブルの中間から追跡を開始するのが最良のルートかを注意深く考えるべきである。

別の重要な設計上の決定事項が、推定器トポロジの選択である。連続モデムアプリケーションにおいては、閉ループ（フィードバック）構造が、一般にアプリケーションによっては比較的高性能で使用される。しかし、バーストモデムシステムにおいては、閉ループ構造は、最良の結果をもたらさない。フィードバックシステムは、一般に、多くのアプリケーションにおいて許容性能レベルを得るために、より長い追跡時間（すなわち、長いデータシーケンス）を必要とする。バースト長がわずか数マイクロ秒（すなわち、２０から４０オクテット）であり得るバーストモデムにおいては、一般にこの必要が満たされない。
米国特許出願第０９／１８７，６６５号 米国特許出願第０９／４３３，５４２号 米国特許出願第０９／６９９，５８２号

したがって、バーストモードシステムにおける搬送波位相回復のための方法および装置が求められている。さらに、無線通信のために伝送バーストを使用するリンクホッピングシステムにおける搬送波位相回復のための方法および装置が求められている。

導入としてのみ、本発明は、多重リンクホッピング無線システムにおいて無線信号を受信するための方法を提供する。本方法は、複数の無線リンク上で無線信号のバーストを受信するために複数の無線リンク間でホッピングすること、無線リンク上の受信されたバーストからのそれぞれの無線リンクのためのチャネル情報を決定することを含む。さらに、本方法は、決定したチャネル情報を格納すること、無線リンク上で次の受信されたバーストを確実に受信するために無線リンクのために決定されたチャネル情報を使用することを含む。

本発明はさらに、第１の無線リンク上で第１の無線信号の第１のバーストを受信することを含む無線信号を受信し、第１のバーストを使用して第１の無線リンクについてのチャネル情報を決定するための方法を提供する。本方法はさらに、第２の無線リンク上で第１の無線信号の第２のバーストや第２の無線信号の第１のバーストなどの次のバーストを受信すること、それに続いて、チャネル情報を使用して第１の無線リンク上で第１の無線信号の次のバーストを受信することを含む。

本発明はさらに、多重リンクホッピング、バースト適応モデムにおいて使用するための搬送波位相回復方法を提供する。本方法は、変調搬送波信号を一連のバーストとして受信することを含み、それぞれのバーストが、１つまたは複数のパイロットシンボルおよびデータシンボルを有し、１つまたは複数のパイロットシンボルを使用して搬送波位相の粗い推定を形成する。さらに本方法は、データのバーストシンボルを使用してバーストのための搬送波位相を推定するために搬送波位相の粗い推定を使用して搬送波位相の精密な推定を形成すること、搬送波位相の精密な推定を使用して無線信号のための搬送波位相を補正することを含む。

本発明はさらに、搬送波位相回復システムを提供する。本システムは、適応等化器によって生成されたデータの以前のバーストからの等化器の重みを使用してデータの現在のバーストを等化するよう構成された固定等化器を備える。データの現在のバーストは、パイロットシンボルおよびデータを有する。本システムはさらに、パイロットシンボルを使用してデータの現在のバーストのための位相を回復する搬送波位相回復ユニットと、データの遅延した現在のバーストと回復した位相とを組み合わせるミクサとを備える。本システムはさらにまた、現在のバーストを等化して等化された出力信号を生成し、データの次のバーストを等化するために固定等化器に次のバースト等化器の重みを提供する適応等化器を備える。

本発明はさらに、一実施形態では、ひずみ信号を受信するための手段とひずみ信号の位相を補償するための手段とを備えた位相補正装置を提供する。補償手段は、ひずみ信号のための搬送波位相の粗い推定値を得るためにひずみ信号内の周知のパイロットシンボルを使用する手段と、精密な搬送波位相推定値を生成するために粗い位相補償された信号のデータシンボルを使用する手段とを備える。

本発明はさらに、定常状態オペレーションにおいて多重リンクホッピングおよびバースト適応モデム内で使用するための搬送波位相回復システムを提供する。一実施形態では、搬送波位相回復システムは、メモリと、タップ係数が以前のバーストに関係する現在のリンクの現在のデータバーストを等化するための固定等化器とを備える。搬送波位相ユニットは、データの現在のバースト内に含まれる多数の周知のパイロットシンボルを使用するパイロット支援技術を使用して搬送波位相オフセットの粗い推定値を取得する第１のステージと、第１のステージに結合された固定位相バイアス除去ステージと、固定位相バイアス除去ステージに結合されたフェーザ生成ステージとを有する。搬送波位相ユニットはさらに、粗い位相補償された信号を生成するためにフィルタがかけられた信号から推定された粗い搬送波位相を除去するためのフェーザ生成ステージによって生成されたフェーザ信号によってフィルタがかけられた（等化された）信号を逆回転するための逆回転手段を備える。搬送波位相ユニットはさらに、データ支援意思決定指向技術を使用して粗い位相補償された信号から変調信号を除去するためのデータ支援位相推定器ステージと、ノイズ分散を減少するためにデータ支援位相推定器ステージからのＮシンボルを平均化するための平均化手段と、タップ係数を生成しメモリ内にタップ係数を格納するための等化器ステージとを有する。

好ましい実施形態についての上記の説明は、単に導入として提供したものである。このセクションのいずれをも、本発明の範囲を定義する頭記の特許請求の範囲を限定するものと考えてはならない。

本発明は、ブロードバンドワイヤレスアクセス（ＢＷＡ）ネットワークのために使用されるリンクホッピングワイヤレスメッシュネットワークトポロジのための搬送波位相回復サブシステムに関する。このようなネットワークは、２８ＧＨｚでのＬＭＤＳ（Ｌｏｃａｌ Ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ）帯域などの異なるスペクトル内で動作する。このようなネットワーク内におけるノードのモデムは、ゆっくり時間変動するチャネルを介して１つのリンクから別のリンクへの高速リンクホッピングが可能である。つまり、チャネルは、任意の所与のリンクについてバースト毎に準静的である。搬送波位相推定技術が、たとえば固定ブロードバンドワイヤレスアクセス（ＢＷＡ）を使用する高速度で短いバーストのマルチリンクホッピングメッシュネットワークトポロジのコヒーレント検出のために用いられる。

固定視線（ＬＯＳ）チャネル内のフェージングが、モバイルシステムと比べると穏やかではあるものの、位相追跡に対して破壊的な作用を及ぼす。位相ロックループや修正コスタス位相追跡器などの閉ループシステムの使用は、バーストモデムアプリケーションについては適切ではない。これらの環境においては、閉ループシステムは一般に、フェージングチャネル内の大きなサイクルのスリップレートおよび／または短いバーストのブロードバンドアプリケーション内の遅い収束速さにより、性能を改善できない。

本実施形態は、インプリメンテーションの複雑さを低く押さえ、高いスループット効率を維持しながら、高速で効率的なアルゴリズムを用いることにより非コヒーレントＭ−ａｒｙ変調スキームと比べて性能を向上するよう設計されている。パイロット支援コヒーレント位相推定技術および意思決定指向スキームが、高速で短いバーストのデータを用いるダイナミックメッシュネットワークを伴う時間変動するチャネル環境内で送信された信号の搬送波位相を抽出するための、この実施形態の範囲である。

短いバーストおよび高速のメッシュインフラストラクチャにおいてコヒーレント検出を達成するためには、高信頼の搬送波位相回復を実施しなければならない。基本的には、支援なしのスキームのみが最も効率的であるが、低い信号対ノイズ比（ＳＮＲ）で動作しかつ／またはチャネルがフェージングによって損なわれている場合には、非常に頑強な変調信号（すなわち、Ｂ／ＱＰＳＫ）に対してさえも、それらの性能がクリティカルとなる。

バーストモードにおいては、本実施形態の搬送波位相回復ユニットは、マルチステージの位相回復スキームを行う。第１に、受信信号は、整合ろ波され、オペレーション中のリンクの位相および振幅のばらつきを補償するために固定Ｔ／Ｎ間隔の等化器を通る。特定のリンクの新しいバーストが、メッシュトポロジ（マルチポイントからマルチポイントへ）内で受信された場合、そのリンクのための固定等化器の重みが、対応するリンクの以前のバースト上で動作していた等化器のタップ係数に基づいて更新される。この実施形態では、固定等化器のタップ係数は、メモリからＴ／２間隔の等化器にロードされる。つまり、本実施形態では、それぞれのノードが、そのＮ隣接ノードに対応するそのローカルメモリ内に格納されているＮ組のタップ係数を有する。

本実施形態は、搬送波位相回復のための新規で改良された方法およびシステムを提供する。搬送波位相の推定は、２つの互いに異なるモードで行われる。第１のモードは、メッシュ無線システムを連結するために新しいノードが誘因される連結モードである。このモードにおいては、搬送波位相は、長いシーケンスの周知の非変調パイロットシンボルを通じて推定される。

第２のモードにおいては、搬送波位相は、メッシュインフラストラクチャがバーストまたは定常状態オペレーションである場合に推定される。ここでの説明では、搬送波位相推定のこのモードに主に焦点を合わせている。使用可能であり文献にも引用されている従来のいくつかの閉ループ位相回復技術（すなわち、ＰＬＬ、コスタスループなど）があるが、本実施形態は、バーストバイバーストベースでリンクホッピングが可能な既存メッシュネットワーク内でバーストモデムとともに効率的に動作するための新規なマルチステージの開ループ構造を利用する。

図１は、メッシュトポロジを用いるワイヤレス無線ネットワーク１００の例を示すブロック図である。図１に例示されているネットワーク１００は、無線通信内に、第１のノード１０２と、第２のノード１０４と、第３のノード１０６と、第４のノード１０８とを備える。ネットワーク１００は、どのような数のノードをも備えることができる。図１に示される４つのノードは、単に一例にすぎない。図１の実施形態では、ネットワーク１００は、Ｊ．ＢｅｒｇｅｒおよびＩ．Ａａｒｏｎｓｏｎにより１９９８年１１月５日に出願された米国特許出願第０９／１８７，６６５号、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｓｈ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」に記述されているタイプのワイヤレスメッシュトポロジネットワークである。

それぞれのノード１０２、１０４、１０６、１０８が、ネットワーク１００の他のノードなどの、遠隔無線とデータを通信するためのデータ処理装置と無線とを有する。実施形態の例のそれぞれのノードが、いくつかのセクタ上で無線通信を提供する指向性アンテナを備える。セクタは、ノードの近くの地理的区域の一部分を介して無線カバレージを提供する。したがって、ノード１０４が、ノード１０２を含む区域１１６を介してカバレージを提供するセクタ１１２を有する。ノード１０２が、区域１１４を介してカバレージを提供する。ノード１０６が区域１１８を介してカバレージを提供し、ノード１０８が区域１２０を介してカバレージを提供する。

ネットワーク１００のノード１０２、１０４、１０６、１０８は、ピアと考えられる。それらは、互いに対等に自由に通信し合う。これは、セルラ無線電話システム内で加入者ユニットと通信する基地局などの階層的システムと区別される。ノード１０２、１０４、１０６、１０８間の通信は、ピア・ツー・ピア通信である。

２つのノードが、それらのアンテナセクタが整列されている無線通信内にある。この場合、ノードは、無線リンクを完了し、データおよび制御情報を交換できる。したがって、ノード１０２およびノード１０４はリンク１２８上で通信し、ノード１０２およびノード１０８はリンク１２６上で通信し、ノード１０４およびノード１０８はリンク１３４上で通信する。

固定ブロードバンドワイヤレスネットワーク１００は、２つのモードで動作する。第１のモードを獲得／連結モードと呼ぶ。第２のモードを定常状態またはバーストモードと呼ぶ。オペレーションを、図３〜５と合わせて以下にさらに詳細に記述する。オペレーションの第１のモードにおいては、本発明は、連結パケットの指定されたスロット内にＫ挿入パイロットシンボルの推定された位相を平均化することにより搬送波位相の正確な推定値を得る。一実施形態では、Ｋ＝３２である。連結プロセスを、図６および７と合わせて以下にさらに詳細に記述する。連結プロセスは、Ｙ．Ｋａｇａｎらにより２０００年１０月３０日に出願された米国特許出願第０９／６９９，５８２号、「Ｊｏｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｄｍｉｔｔｉｎｇ Ａ Ｎｏｄｅ Ｔｏ Ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｓｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ」に記述されているタイプのものであり得る。

図１の実施形態の例では、ノード１０６が、既存ノード１０２、１０４、１０８を有するネットワーク１００を連結するプロセス中の連結ノードと考えられる。連結ノード１０６は、既存ノード１０２、１０４、１０８から誘因パケットを受信し、したがって、ノード１０３とのリンク１３０上およびノード１０８とのリンク１３２上でノード１０２との無線通信を確立できる。

図２は、従来の技術による最尤搬送波位相回復システム２００を示すブロック図である。図２は、最尤（ＭＬ）位相推定器の一般的なブロック図を例示する。パラメータｆ＾は、周波数オフセットであり、τ＾はタイミング位相を表し、｛ｄ＾（ｍ）｝は情報シンボルであり、ｇ（ｋ）は平方根二乗余弦整合フィルタ（信号パルス波形）であり、Ｔはシンボル期間であり、θ＾は推定すべき搬送波位相である。

すべてのパラメータ、ｆ＾、τ＾、｛ｄ＾（ｍ）｝、およびパルス波形フィルタｇ（ｋ）が、受信機に対して周知であると想定される。位相θ＾は、唯一の周知でない定数であり、±πの範囲内で値をとる。データシンボルの知識は、意思決定指向スキームまたは周知のプリアンブル（パイロットシンボル）のいずれかから得ることができる。シンボル基準時点および搬送波周波数値は、前もってかつ搬送波位相から独立して推定され、バースト間を正確に追跡される。

システム２００は、システム１００の無線受信機内で搬送波位相を回復するために必要なオペレーションを例示する。システム２００は、理想的な表現または正規表現である。例示したオペレーションを達成できるシステムの実際の実施形態には、マルチホッピングリンクシステムの状況において｛ｄ＾（ｍ）｝の正確で効率的な推定値が必要である。システム効率の理由により２つのシンボルのみのパイロット信号を有する短いバーストが実施される本システムにおいては、有効で効率的な実施形態を形成することが特に複雑になる。

搬送波位相回復システム２００は、ミクサ２０２と、フィルタ２０４と、サンプラ２０６と、乗算器２０８と、加算器２１０と、角度決定ブロック２１２とを備える。システム２００は、受信データサンプルを有する信号ｒ（ｋ）を受信する。フィルタ２０４は、送信機パルス波形フィルタｇ（ｋ）に整合するフィルタ応答ｇ（−ｋ）を有する整合フィルタである。

サンプラ２０６は、Ｔ秒毎に出力信号サンプリングし、τ＾に等しいタイミング位相偏移を有する信号ｘ（ｋ）を生成する。乗算器２０８は、周知の信号または周知のデータ、あるいはそれらの推定値である信号｛ｄ＾^＊｝に信号ｘ（ｋ）を乗算する。本実施形態では、ｄ＾^＊は、それぞれ、搬送波位相回復システムの第１のステージの周知のパイロット信号、および第２のステージの未知のデータの推定値である。積信号は加算器２１０に提供される。乗算器２０８は、受信信号を逆回転する。加算器２１０は、所定時間にわたってシンボルを平均化する。角度決定ブロック２１２は、データに関連する角度を抽出し、角度θ＾を生成する。この角度は、受信データの位相オフセットまたは位相誤差に対応する。

上述したように、図２のシステム２００は、搬送波位相を推定するための正規形式である。しかし、図１のシステムにおいては、無線信号が、短い（たとえば、２シンボルの）パイロット信号を有する短いバーストとして受信される。また、図１のシステムは、１つの無線信号が一定の受信時間中に周波数上で受信されるリンクホッピングシステムである。その受信時間には、他の信号が受信される時間が割り込んでいることがある。以下に例示する実施形態は、リンクホッピング、バーストモード無線受信機内で搬送波位相を回復するためのシステムおよび方法に関する。

図３は、図１のワイヤレスネットワーク１００において送信されるバースト３００のフレームフォーマットを示す図である。バースト３００は、ネットワーク１００のノード間で進行中のバーストモード通信のために使用されるタイプのものであり、図６と合わせて以下に記述する連結プロセス内で使用されるバーストとは異なる。バースト３００は、データバーストの一例である。図３に示されるように、バースト３００は、データバースト内の周知のタイミング位置でデータシンボルおよび周知のパイロットシンボル３０４を有する。例示した実施形態では２つのパイロットシンボルが使用されるが、任意の適切な数も使用できる。パイロットシンボルは、パケットデータバースト３００のデータシンボル間に挿入される。パケットは、任意の適切な数のシンボルを有することができる。例示した実施形態では、ｍはパケット毎のデータシンボルの数であり、３２が選択される。このフレーム構造は、高信頼の位相推定およびデータ回復のためにデータ内にパイロットシンボルをはめ込む。

本実施形態は、独立して多重リンク上を動作することが可能な個々のリンクの位相および振幅のばらつきを補償するための固定等化器と、搬送波位相の値の粗い推定値を生成するためのパイロットシンボルベースの推定装置と、変調信号を除去するためにシンボルデータの推定値を提供するための意思決定指向位相回復方法と、最終位相推定値を生成するための平均化および位相抽出手段とを有する搬送波位相推定ユニットを備える。

すべてが開ループ（フィードフォワード）構造内で実施されるＭシンボルを介する固定等化器、パイロットベースの粗い位相推定、意思決定指向データ推定器、平滑化フィルタ、位相抽出器手段の組合せは、搬送波位相追跡ケイパビリティを改良し、クラメール・ラオの不等式の下限（ＭＣＲＢ（θ））に非常に近い精度を提供する。本実施形態の個々の態様はそれぞれ、それ自体で使用された場合もあるいは従来の技術による設計または開示されている素子と合わせて使用された場合も、各システムおよび性能の向上を提供する。

図４は、バーストモードオペレーションにおいて図１のワイヤレスネットワークのノード内で使用するための搬送波位相同期システム４００を示すブロック図である。システム４００は、搬送波位相回復システム全体を形成する。システム４００は、図１のシステム１００などのリンクホッピング無線通信システム内の複数のリンク上で変調信号をデータの一連のバーストとして受信する無線受信機内で実施できる。特定の実施形態では、それぞれのバーストが、１つまたは複数のパイロットシンボルおよびデータシンボルを有する。一実施形態では、システム４００を備える無線受信機は、時間とともにゆっくり変動するチャネル上の２８ＧＨｚでＬＭＤＳ（ｌｏｃａｌ ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ）帯域内で動作する。無線受信機は、直交振幅変調（ＱＡＭ）データの同報通信を受信する。無線受信機は、複数の無線リンク上で無線信号のバーストを受信するために複数の無線リンク間でホッピングする。特定のネットワークの構成により、特定の送信機から特定のチャネル上の受信機で受信されたバーストは、他のチャネル上の他の送信機からのバーストとともにインタリーブされることがある。他の動作特徴を有する他のシステムを備える適用形態も可能である。

この実施形態の例では、データのそれぞれのバーストが、図３に例示されたフォーマットを有することがある。パイロットシンボルは、ＱＡＭコンステレーションの最大振幅の角になるように選択される。図３に示されるように、時間領域内では、パイロットシンボルは、バーストの中央近く、つまり、たとえば持続時間が３２シンボルに置かれることがある。図４の搬送波位相同期システム４００は、挿入されたパイロットシンボルおよび推定されたデータシンボルを使用して、短いバーストのための搬送波位相オフセットを正確に回復する。

システム４００は、遅延要素４０２と、ミクサまたは乗算器４０４と、適応等化器４０６とを備える。システムはさらに、非適応等化器４０８と、パイロットおよびデータシンボルを使用してデータの現在のバーストのための位相を回復する搬送波位相回復ユニット４１０と、メモリ回路４１２とを備える。入力部４２０で初期バースト（図４の信号ｉ１）を受信すると、バーストまたはバーストのシンボルは、遅延ブロック４０２で遅延する。ライン４２１上の遅延データ（図４の信号ｉ６）は、搬送波位相回復ユニット４１０からのライン４２６上の搬送波位相推定値（図４の信号ｉ５）により乗算器内で乗算される。乗算器またはミクサ４０４は、データの遅延した現在のバーストと回復した位相推定値とを組み合わせて、ライン４２８上で位相誤差補償された信号（図４の信号ｚ１）を生成する。搬送波位相回復ユニット４１０の構造およびオペレーションを、図５と合わせて以下にさらに詳細に記述する。

乗算器４０４からの出力信号ｚ１は、ライン４２８上で提供される。信号は、チャネルの位相および振幅のばらつきを補償する適応等化器４０６に提供される。等化器４０６は、等化された出力信号（図４の信号ｉ７）を生成し、データの次のバーストを等化するために次のバーストの等化器の重みを固定等化器４０８に提供する。例示した実施形態では、次のバーストの等化器の重みはメモリ４１２内に格納されるが、別個の記憶装置を省略することができる。等化器４０６は、Ｔ／Ｎ間隔の適応等化プロセスを実施し、等化された搬送波位相誤差補償された信号が出力部４２２で生成される。適応等化プロセスの一部として、等化器の重みが適応等化器４０６によって生成される。これらの等化器の重みは、そこから受信無線信号が現在処理されている特定のリンクに対応する。適応等化器４０６は、チャネル内の振幅および搬送波位相のばらつきを補償し、かつ／または無線リンク上の受信されたバーストからのそれぞれの無線リンクのために適切なチャネル側情報を提供する。等化器の重みまたは搬送波位相を決定する代わりにまたはそれに加えて、チャネルまたはリンクを特徴付ける他の技術も使用できる。

等化器の重み、チャネル位相または他の決定されたチャネル情報は、メモリ４１２内に格納される。例示した実施形態では、メモリ４１２はランダムアクセスメモリである。代替実施形態では、他の記憶装置デバイスで置き換えることができる。図１のネットワーク１００などのリンクホッピングネットワーク実施形態では、等化器の重みは、それらが関連付けられているリンクの表示に従って格納されることが好ましい。この方式においては、メモリ４３０の入力部で受信された選択信号に応答して、等化器の重みが、後続のバーストの等化に使用するためにメモリ４１２から検索できる（図４の信号ｉ３）。特定のリンクのためのそれぞれの後続のバーストが受信されると、適応等化器４０６は、現在の等化器の重みまたは受信されたバーストから決定された他のチャネル情報を使用して次の受信されたバーストのための等化器の重みを更新する。次いで、適応等化器４０６は、更新された等化器の重みをメモリ４１２内に格納する。

等化器４０８は、格納された等化器の重みをメモリ１２からの信号ｉ３として受信する。上述したように、多重リンクまたはリンクホッピングシステムにおいては、格納された等化器の重みは、受信すべきリンクに従ってメモリから検索されることが好ましい。等化器４０８は、等化器の重みまたは無線リンクのために決定された他のチャネル情報を使用して、無線リンク上で次の受信されたバーストを確実に受信する。つまり、その特定のリンクのための次のバーストが受信されると、そのリンクのために以前に格納された等化器の重みを検索するために、ＳＥＬＥＣＴ信号は、入力部４３０でメモリ４１２にアサートされる。等化器４０８は、検索された等化器の重みを使用して等化された信号を生成する。等化された信号は、ライン４２４上の搬送波位相回復ユニット４１０に提供される。

図４は、位相推定器４１０の前位の搬送波位相シンクロナイザおよび固定または非適応等化器４０８が組み合わせられている一実施形態による搬送波位相推定器ユニットを示すトップレベルのブロック図である。非適応等化器４０８は、ｌ番目のリンクのｊ番目のバーストの受信シンボルの位相および振幅のばらつきを事前補償し、ｌ＝１，．．．，Ｎ（ここで、Ｎは任意の所与のノードに関連する隣接システムの数）である。固定等化器４０８のタップ係数は、ｌ番目のリンクのｊ−１番目（以前）のバースト上で動作する搬送波位相回復ユニット４１０の後で用いられる適応等化器のタップ係数と同じである。

好ましい実施形態では、搬送波位相回復ユニット４１０は、すべてのＮ隣接リンク、｛θ＾（ｊ，ｌ）：ｌ＝１，．．．，Ｎ｝の全ｊ番目のバーストの搬送波位相推定値を独立して提供する。搬送波位相回復手段は、一適用形態では、メッシュアーキテクチャなどのマルチホッピングリンクトポロジ内で用いられる。本発明のすべての素子がディジタルシステム内で構築されることが好ましい。

サンプリング時点ｉでのｌ番目のリンクのｊ番目のバーストに対応する送信信号、チャネル乗法的ひずみ、付加白色ガウスノイズが、それぞれ、複合信号ｓ（ｉ，ｊ，ｌ）、ｃ（ｉ，ｊ，ｌ）＝α（ｉ，ｊ，ｌ）ｅ^{ｊφ（ｉ，ｊ，ｌ）}、ｎ（ｉ，ｊ，ｌ）によって表される。次いで、ｌ番目のリンクのための受信シンボルは、以下のように定義される。

受信複合信号は搬送波周波数オフセット補償され整合フィルタされていると想定され、タイミング位相パラメータは、上述したように固定の（非適応の）わずかな間隔の等化器および搬送波位相回復手段を通じて処理される前に、正確に推定される。

搬送波位相推定器ユニットの定常状態（バースト）オペレーションにおいては、受信信号ｉｌは、まず第１に、ゆっくり変動するフェージング環境で経験される位相および振幅のばらつきを補償するために、固定Ｔ／２間隔の等化器４０８を通じてフィルタがかけられる（図４）。固定等化器４０８のタップ係数が、現在のリンクの以前のバースト上で動作する適応Ｔ／２間隔の等化器４０６によって提供される。適応等化器４０６のタップ係数を、｛ｗ（ｋ，ｊ，ｌ）；ｋ＝１，．．．，Ｌ；ｌ＝１，．．．，Ｎ｝で表し、ここで、ｗ（ｋ，ｊ，ｌ）は、ｌ番目のリンクのｊ番目のバーストのｋ番目のタップ係数である。ターゲット受信機の既存隣接システム（誘因ノード）のパラメータである、Ｌ、タップ係数の最大数と、Ｎ、最大数とは、設計パラメータであり、したがって可変である。

ｌ番目のリンクのそれぞれのｊ番目のバーストの末端で、タップ係数ｗ（ｋ，ｊ，ｌ）が、メモリ４１２内に格納される。これらのタップ係数は、所与のｌ番目のリンクについてチャネルがバースト毎にゆっくり変動していると想定して、次の（ｊ＋１番目）バーストの位相および振幅のばらつきを事前補償するために固定等化器４０８内にロードされる。複合信号の事前補償された位相および振幅は、以下のように、搬送波位相回復ユニット内に入力される。

上述の記号式においては、シンボル処理毎に１つのサンプルと考えると想定して、指標ｉは、ｊ番目のバースト内のｉ番目のシンボル位置またはサンプリング時間のいずれかに交換可能に使用されることに留意されたい。

図４の遅延ブロック４０２が、それぞれ、固定等化器４０８および搬送波位相回復ユニット４１０内で遭遇するすべての処理遅延を考慮するよう提供される。

定常状態（バースト）モードの搬送波位相推定ユニット４１０の本実施形態では、ｌ番目のリンクの多重化されたｐパイロットシンボルは、｛Ｐ（１，ｌ）、Ｐ（２，ｌ），．．．，Ｐ（ｐ，ｌ）｝によって表わされる。搬送波位相回復システムについては、以下に定義されるように、指定されたＭ−ＱＡＭ（すなわち、Ｍ＝４、１６、６４、または２５６）コンステレーションのポイントのうちのただ２つの対向する角が使用される。

上式で、ｒ（ｉ，ｌ）＝ｒ（ｉ−１，ｌ）およびθ（ｉ，ｌ）＝−θ（ｉ−１，ｌ）＝π／４である。

多重リンク環境においては、システム４００は、異なる受信機からいくつかの独立チャネルを介してバーストを受信できる。時折、システム４００は、単一の送信機から多重バーストまたは連続伝送を受信できる。しかし一般的には、システム４００は、第１のチャネル上で１つの送信機から１つのバーストを、その後、同じ第１のチャネル上で同じ送信機から第２のバーストを受信する。１つまたは複数の他の送信機からのバーストが、チャネル上の第１のバーストと第２のバーストの間に割り込んでいる。

したがって、システム４００は、第１の無線リンク上で第１の無線信号の第１のバーストを受信する。たとえば、図１では、この例ではシステム４００を備えるノード１０２は、ノード１０８からリンク１２６上でバーストを受信できる。システム４００は、第１のバースト使用して第１の無線リンクについての搬送波位相などのチャネル情報を決定する。システム４００は、等化器の重み、搬送波位相、または他のチャネル情報を格納する。次いで、システム４００は、図１のリンク１２８などの第２の無線リンク上で第２の無線信号の第１のバーストを受信する。システム４００は、第２の無線信号の第１のバーストを使用して第２の無線リンクについてのチャネル情報を決定する。第２の無線リンクのためのチャネル情報は格納される。その後、システム４００は、等化器の重みまたは他のチャネル情報を使用して、図１のリンク１２６などの第１の無線リンク上で第１の無線信号の次のバーストを受信する。

搬送波位相回復ユニット４１０の一実施形態が、図５にさらに詳細に示されている。図５は、一実施形態によるバーストモードの搬送波位相回復ユニットの詳細を表す図である。受信されたバーストの振幅および位相のばらつきが、ｌ番目のリンクのための固定Ｔ／２間隔の等化器を通じて補償（最小化）された後（図４）、搬送波位相の粗い推定値θ＾（ｊ，ｌ）が、ｌ番目のリンクのｊ番目のバースト内のｐパイロットシンボル｛Ｐ（１，ｊ，ｌ），．．．，Ｐ（ｐ，ｊ，ｌ）｝に基づいて得られる。これらの周知のシンボルは、図３に示されるように、データシンボルとともに周期的に多重化される。挿入されるパイロットの数および周期性（Ｔ_ｐ＝ｐ＋ｍ、ｍデータシンボル毎についてｐパイロット、ｍ＞＞ｐ）により、線形補間、低域フィルタ補間、またはガウス補間などの従来の技術で周知の伝統的な技術を適用して、チャネルパラメータの推定値を得ることができる。

好ましい実施形態では、使用可能なパイロットシンボルのＩ／Ｑ成分の位相および振幅のばらつきの推定が実施できる。この方法によって得られた乗法的ひずみの振幅情報の値を使用して、自動ゲイン制御（ＡＧＣ）の精度を向上することもできる。

これらの周期的パイロットシンボルの別のさらなる利点が、位相ノイズの衝撃を減少させることである。この利点による利益は、ｍデータシンボル毎に（使用可能なｐパイロットシンボルを使用して）搬送波位相の新しい推定を実施することにより容易に実現できる。つまり、ｍデータシンボル毎の後に、搬送波位相の新しい推定値が提供できる。この場合、位相推定値θ＾は、ｐ＋ｍシンボル毎に更新される。これらの独立した搬送波位相推定値は、特に高レベルのＱＡＭ変調スキームにおいて位相ノイズの衝撃を緩和するのに非常に役に立つ場合がある。フィードフォワード搬送波位相回復技術のループ帯域幅が観測されたシンボルの集積の期間または推定長に反比例するので、挿入されたパイロットの周期性を増加する、つまり言葉を換えればパラメータＴ_ｐを減少させることが望ましい。パイロットシーケンス期間（Ｔｐ）は、所望の位相ノイズ減少とスループット効率の間のトレードオフメトリックに基づいて設定すべき設計パラメータである。

搬送波位相回復ユニット４１０は、位相推定のためにパイロットベースおよび意思決定支援アルゴリズムを使用する。受信すべき信号は一連のバーストであり、それぞれのバーストがいくつかのパイロットシンボルを有し、好ましくは最も短いバーストの中央近くに置かれる。搬送波位相回復ユニット４１０は、バーストモードアプリケーションにおいて搬送波位相回復を提供する。

搬送波位相回復ユニット４１０のバーストモードは、送信されたバースト内のデータとともに多重化されたｐパイロットシンボルを利用する搬送波位相の粗い推定値に依拠する。この実施形態では、Ｍ−ＱＡＭコンステレーションの２つの対向する角のシンボル（すなわち、ｐ＝２）がパイロットシンボルとして割り当てられる。本実施形態では、事前に割り当てられたタイムスロット内のデータストリームの中間に互いに隣接するこれらの２つの周知のシンボルを挿入する。

好ましい実施形態では、フェージングチャネルの乗法的振幅ひずみの推定のために、パイロットシンボルが使用できる。パイロットシンボル援助変調（ＰＳＡＭ）が、ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｏｎｅ−ｉｎ−ｂａｎｄ（ＴＴＩＢ）方法の代替形態である。周期的に挿入されるパイロットシンボルは、位相および振幅ひずみなどの時間変動するチャネルパラメータの推定値を生成するために補間される。これらのパイロットシンボルを使用して、位相ノイズの衝撃を減少できる。

搬送波の変調によって振幅および位相の変化をもたらすためには、変調を除去しなければならない。このようなばらつきは、無線トランシーバによって引き起こされるフェージングチャネルおよび他の残留障害によるひずみから生じる。バーストの位相が搬送波位相の粗い推定値によって逆回転した後、情報を運ぶシンボルの変調データは、意思決定指向位相回復装置を通じて除去される。ここで、位相の精密な測定が、これらのＭシンボルを介して行われる。結果として得られる非変調シンボルは、因果関係のない平均化ユニットを通じて処理されて、バーストの第１のＭシンボルの搬送波位相推定値を平滑化する。パラメータＭは、バースト長およびチャネル状態に基づいて選択される。本明細書に記述した実施形態では、Ｍ＝３２の値を使用する。他の設計においては他の値を使用することもできる。この平滑化プロセスは、推定された位相値の精度を著しく改良し、付加白色ガウスノイズの衝撃を減少させることにより位相推定値の信頼性を向上する。

図５の実施形態では、２ステージの位相回復技術がそれぞれのバースト上で使用される。したがって、搬送波位相回復ユニット４１０は、回復した位相を生成するために、粗い搬送波位相推定回路５０２と精密な搬送波位相推定回路５０４とを備える。粗い搬送波位相推定回路５０２は、データの現在のバーストのパイロットシンボルを使用してデータの現在のバーストのための位相の粗い推定値を生成するよう構成される。精密な搬送波位相推定回路５０４は、粗い搬送波位相推定回路に結合して、位相の粗い推定値およびバースト内に含まれる少なくともいくつかのデータを使用して回復した位相を生成する。

図５は、バーストモードで用いられる搬送波位相回復ユニット４１０を示す詳細なブロック図である。受信信号が、固定等化器によって位相および振幅補償された後、パイロットシンボルｐ１およびｐ２は、ブロック５０６によって逆多重化され、搬送波位相の粗い推定値を得るために処理される。第１に、ｌ番目のリンクの現在の（ｊ番目）バーストのシンボル位置ｉおよびｉ−１（すなわち、１７番目および１６番目）に置かれたパイロットシンボルが抽出される。次いで、これらの２つのパイロットシンボルが、複合信号を生成するために加算器５０８により互いから減算される。

上式で、以前のオペレーションはバースト毎に１回のみ行われる。指標ｊおよびｌは、それぞれ、メッシュネットワークのｌ番目のリンクのｊ番目のバーストに対応する。

複合信号の位相ｚ４は、その後、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５１０による周知のＣＯＲＤＩＣスキームなどの従来の技術を使用して抽出される。加算器５１２は、位相引き数ｚ５から残留位相バイアス値、等式４）のπ／４を除去して、不必要な位相ひずみの粗い推定値θ＾（ｊ，ｌ）を生成する。回路成分からの付加白色ガウスノイズおよび残留位相障害の衝撃もまた、不必要な位相推定値θ＾（ｊ，ｌ）内に反映される。複合信号ｚ９＝ｅ^{−ｊθ＾（ｊ，ｌ）}が、ルックアップテーブルユニット５１４や複合共役コンバータ５１６などの周知の技術を使用して形成される。

事前補償された複合信号は、以前のステージで行われたパイロット支援搬送波位相回復において遭遇した処理遅延を考慮するために遅延ブロック５２０によって遅延される。ここで、複合遅延信号は、粗い位相推定値θ＾（ｊ，ｌ）によって位相を逆回転するために乗算器５２２内の信号ｚ９によって乗算される。結果として得られた複合信号ｚ１１は、既に固定等化器によって改良され、パイロットシンボル手段の支援によって位相補償されており、ここでスライサ５２４に提供される。複合信号ｚ１１は、以下のように表される。

およびｓｅ^ｊθは、送信された所望のデータである。不必要な残留位相θ_ｅは、以下の通りである。

ここで、大きさが減少し、以下に記述するように、スライサ５２４が取るに足りない程度の意思決定誤差を有することができる助けとなる。

次のステージでは、データ支援位相回復スキームを使用して、受信信号のデータ依存位相部分を除去する。以前のステージでは、不必要な位相が、周知のパイロットシンボルに基づいてすべてのＮリンクのためにバースト毎に推定された。このステージでは、全バーストまたはバーストの一部分の未知のデータシンボルが、まず第１に、ＱＡＭスライサ５２４を通じて推定される。データシンボルの推定された位相は、固定等化器の出力から除去される。スライサ５２４への入力部で、複合信号は、等式１）によって指定された形式を有する。しかし、チャネルパラメータは、固定等化器の支援および搬送波位相回復ユニットのパイロットベースのステージによって事前補償される。

スライサ５２４の出力部で、推定されたデータシンボルｓ＾（ｉ，ｊ，ｌ）ｅ^{ｊθ＾（ｉ，ｊ，ｌ）}が、複合信号ｚ１１から除去される。結果として得られた複合信号は、以下の通りである。

等式７）では、検出器は誤差を出さず、ガウスノイズの衝撃は取るに足りない程度であると想定される。

複合信号ｚ１４はＭシンボル全体を平均化し、位相は、パイロット支援スキームにおいて記述したプロセスに類似のＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５３４内でＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを使用して抽出される。すなわち、

ｌ番目のリンクのｊ番目のバーストの推定されたそれぞれの搬送波位相Φ（ｊ，ｌ）が独立して計算され、全ｊ番目のバーストに対して固定であることに留意されたい。出力部４２６での複合信号ｉ５＝ｅ^{−ｊΦ（ｊ，ｌ）}が、テーブルルックアップブロック５３６および複合共役ブロック５３８を使用して形成される。

再び図４を参照すると、入力部４２０からの受信信号が、遅延ブロック４０２内で遅延し、推定された搬送波位相Φ（ｊ，ｌ）によって乗算器４０４内で位相補償されて、ライン４２８上で（遅延要素４０２の衝撃を無視して）複合信号ｚ１を生成する。ここで、

信号ｚ１はさらに、チャネルの振幅および位相のばらつきα（ｉ，ｊ，ｌ）ｅ^{ｊφ（ｉ，ｊ，ｌ）}を補償するために適応Ｔ／２間隔の等化器４０６によって処理される。出力部４２２で結果として得られた出力信号ｉ７は、以下のように表される。

上式で、ｌ番目のリンクのｊ番目のバーストのタップ係数｛ｗ（ｋ，ｊ，ｌ）、ｋ＝１，．．．，Ｌ｝は、メモリ４３０内に格納されている。これらの係数は、固定Ｔ／２間隔の等化器４０８にアップロードされて、ｌ番目のリンクの次の（ｊ＋１番目）バーストの位相および振幅のばらつきを事前補償する。

搬送波位相回復ユニットのバーストモードは、送信されたバースト内のデータとともに多重化されたｐパイロットシンボルを利用する搬送波位相の粗い推定値に依拠する。本発明においては、Ｍ−ＱＡＭコンステレーションの２つの対向する角シンボル（すなわち、ｐ＝２）がパイロットシンボルとして割り当てられる。本実施形態では、互いに隣接するこれらの２つの周知のシンボルを事前に割り当てられたタイムスロット内のデータストリームの中間に挿入する。

粗い搬送波位相推定回路５０２は、パイロット支援搬送波位相推定を実施する。したがって、粗い搬送波位相推定回路５０２は、パイロット抽出ブロック５０６と、加算器５０８と、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５１０と、加算器５１２と、ルックアップテーブルブロック５１４と、複合共役ブロック５１６とを有する。粗い搬送波位相推定回路５０２は、バースト内にはめ込まれたパイロットシンボルを使用して位相を推定する。

粗い搬送波位相推定回路５０２は等化器４０８に結合して、等化器４０８からライン４２４上で初期に等化された入力信号を受信する（図４）。この信号は、バースト内の所定の場所にパイロットシンボルを置くパイロット抽出ブロック５０６に提供される。例示した例では、パイロットシンボルは、（短い）バーストの中央近くに置かれる。しかしパイロットシンボルは、ともにまたは別個のいずれかで、バースト内のどのような適切な場所にも置くことができる。例示した例では、パイロット抽出ブロック５０６は、（短い）バーストの３２サンプルのすべてをバッファする。次いで、１６番目および１７番目のサンプルが、パイロットシンボルＰ_１およびＰ_２として選択される。抽出されたパイロットシンボルＰ_１およびＰ_２は、加算器５０８内で減算される。減算の結果は、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５１０に提供される。ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムは、π／４ラジアンでＱＡＭコンステレーションの減算された角のポイントの位相を得るために入力引き数の逆タンジェントを評価するのに、当技術分野で周知であり有用なものである。π／４の固定値が、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５１０の出力信号から減算されて、Ｍ−ＱＡＭコンステレーションの角にあるパイロットからπ／４バイアスを除去し、位相角の推定値を生成する。テーブルルックアップオペレーションが、ブロック５１４内の信号２６上で実施されて、推定された位相角に対応する複合フェーザを形成するためのサインおよびコサイン値を得る。複合共役オペレーションが、精密な搬送波推定ブロック５０４に入力される複合共役ブロック５１６内で実施される。

精密な搬送波位相推定回路５０４は、データ支援搬送波位相推定を抽出する。精密な搬送波位相推定回路５０４は、遅延要素５２０と、乗算器５２２と、ＱＡＭスライサ５２４と、複合共役ブロック５２６と、乗算器５２８と、加算器５３０と、遅延要素５３２と、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５３４と、テーブルルックアップブロック５３６と、複合共役ブロック５３８とを有する。遅延要素５２０は、等化器４０８に結合して（図４）、等化器４０８からライン４２４上で初期に等化された入力信号を受信する（図４）。遅延要素５２０は、粗い搬送波位相推定回路５０２内で処理中の受信信号を遅延させる。

乗算器５２２は、遅延要素５２０からの遅延信号と粗い搬送波位相推定値とを乗算する。乗算器５２２は逆回転回路として動作して、初期に等化された信号を受信して、粗い搬送波位相推定信号からの推定値信号に応答して初期に等化された信号から推定された粗い搬送波位相を除去する。複合共役回路５１６からの信号は、複合フェーザの形式である。残留位相誤差は、逆回転回路の後では、大きさがはるかに小さくなっており、検出器／スライサ５２４が取るに足りない程度の意思決定誤差を有することができる助けとなる。

逆回転装置出力信号は、スライサ５２４に提供される。スライサ５２４は、受信信号のシンボルに関して意思決定を行う。

推定された送信データの複合共役は、複合共役ブロック５２６内で評価され、これは、粗い搬送波位相推定回路５０２の複合共役ブロック５１６と同様に動作する。その結果は、固定等化器出力からのデータシンボルの推定された位相を除去するために、乗算器５２８内のライン４２４上で受信され等化された信号によって乗算される。この信号は加算器５３０に提供される。

遅延要素５３２を有するフィードバックループにおいては、値は、所定の数のデータシンボル全体で平均化される。異なる実施形態では、平均化は、バースト内のいくつかまたはすべてのデータシンボルにわたって生じる。一例では、受信されたバーストのデータシンボルが、所定時間にわたって平均化される。搬送波推定値の所定の数のシンボルを平均化することによって、ノイズ分散が減少する。

逆タンジェントは、位相角の推定値を得るためにＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック５３４内で評価される。サインおよびコサインはルックアップテーブルブロック５３６内で評価され、複合共役は再び評価され、搬送波位相の精密な推定値を出す。システム４００を備える受信機回路はその後、受信無線信号を、搬送波位相の精密な推定値を使用して無線信号のための搬送波位相を補正するなどの処理ができる。

図６は、図１のワイヤレスネットワーク１００のための連結プロセスにおいてパイロット獲得のために送信されたバーストのフレーム構造６００を示す図である。連結モードにおいては、図６に示されるように、搬送波位相推定に専用の周知のＫパイロットシンボルが、送信された連結フレーム内の他のトレーニングシーケンスとともに多重化される。

連結プロセスにおいては、新しいまたは連結ノードが、１つまたは複数のノードのうちの１つの既存ネットワークに追加される。たとえば、図１に示される実施形態の例では、ノード１０６が、既にノード１０２、１０４、１０８を有するネットワーク１００に連結する連結ノードである場合は、ノード１０６が、無線信号の位置決め方向および周波数を含み、ネットワーク１００内の他のノードからの無線信号を位置決めしなければならない。さらに、ノード１０６は、無線信号を使用して他のノードとのタイミング同期を取得しなければならない。さらにまた、連結ノード１０６は、その存在がネットワーク内で記録できるように、１つまたは複数の既存ノードとの通信を開始しなければならない。

図６の実施形態では、送信されたバーストのためのフレーム構造６００には、すべてのパイロットシンボル６０２が含まれる。フレーム６００は、Ｋパイロットシンボルの期間であり、ここでＫは任意に選択される数であり得る。パイロットシンボルのみを送信することにより、連結受信機での連結プロセスが簡単になる。しかし、代替実施形態では、他のデータコンテントを有する他のフレーム構造に置き換えることができる。したがって、フレーム構造６００は、誘因バースト内の周知のタイミング位置でデータシンボルおよび周知のパイロットシンボルを有する誘因バーストを形成する。

図４に示されるシステムと合わせて、フレーム構造６００を使用して、メモリ４１２を初期に格納されたチャネル情報で満たすことができる。つまり、ネットワークに連結しようとする連結ノード内でシステム４００によって一般に受信される第１のバーストは、図６に例示されているような誘因バーストである。適応Ｔ／Ｎ間隔の等化器４０６による等化後、等化器の重みがメモリ内に格納される。等化器の重みは、ネットワーク内で確立されたノードから連結ノードへの新しい無線リンクのためのリンクパラメータを形成する。リンクパラメータまたは等化器の重みは、初期チャネル情報として格納される。後続のバーストを受信するとすぐに、リンクパラメータが更新できる。別の誘因バーストまたはデータバーストのいずれかが、新しい無線リンク上で確立されたノードから受信された場合は、格納されたチャネル情報は、チャネル内のばらつきを反映する新しい等化器の重みとともに更新できる。

図７は、図１のワイヤレスネットワーク１００に新しいノードを追加するための連結プロセス内で使用するための搬送波位相回復ユニット７００を示すブロック図である。搬送波位相回復ユニット７００は、加算器７０２と、遅延要素７０４と、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック７０６と、ルックアップテーブルブロック７０８と、複合共役ブロック７１０とを有する。搬送波位相回復ユニット７００は、入力部７１２で等化された入力信号ｙ１を受信する。一実施形態における入力信号は、図６に示されるフレーム構造を有する。つまり、入力信号はすべてのパイロットシンボルから構成される。加算器７０２および遅延要素７０４を有するフィードバックループは、所定時間にわたって受信シンボルを平均化するよう動作する。

逆タンジェントは、搬送波位相角の推定値を得るためにＣＯＲＤＩＣアルゴリズムブロック７０６内で評価される。サインおよびコサインはルックアップテーブルブロック７０８内で評価され、複合共役は複合共役ブロック７１０内で評価されて、パイロットシンボル伝送のための搬送波位相の推定値を出す。システム７００を備える受信機回路はその後、受信無線信号を、搬送波位相の精密な推定を使用して無線信号のための搬送波位相を補正するなどの処理ができる。

パイロットシンボルｒ（ｉ，ｌ）ｅ^{ｊθ（ｉ，ｊ）}は抽出され、Ｋシンボル全体にわたって平均化されて、図７に示されるように推定された位相Φ（ｌ）を生成する。

上式で、指標ｉおよびｌは、それぞれメッシュネットワークのｉ番目のパイロットシンボル位置およびｌ番目のリンクを表す。

最後に、入り複合信号は、チャネルによって誘発された不必要な位相およびトランシーバ無線内に導入された他の位相障害を補償するために、推定された位相Φ（ｌ）によって逆回転される。

上記より、本実施形態は、バーストモードシステム内に搬送波位相回復のための方法および装置を提供することが分かる。リンクに適切な等化器の重みなどの無線リンクについての情報が、後に使用するために受信機内に格納される。搬送波位相回復については、第１に、粗い推定値が、受信データのパイロットシンボルを使用する搬送波位相から作られる。次いで、粗い推定値を使用して、データ指示型搬送波位相回復技術における精密な推定値を得る。

本発明の特定の実施形態を示し記述してきたが、修正形態も可能である。図面のブロック図に示される動作ブロックは、ハードウェア構成要素、ハードウェアと合わせて動作するソフトウェアコード、またはこれらの２つの組合せとして具体化できる。ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せにおけるこのような機能の実施が当業者の範囲内に包含される。さらに、このように例示した機能を、修正形態用に他のオペレーションと組み合わせることもできる。したがって、頭記の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれるこのような変更形態および修正形態を含むものである。

メッシュトポロジを有するリンクホッピングワイヤレスネットワークを示すブロック図である。 従来の技術による最尤（ＭＬ）搬送波位相回復システムを示す一般的なブロック図である。 図１のワイヤレスネットワーク内で送信されたバーストのフレーム構成を示す図である、 バーストモードオペレーションにおいて図１のワイヤレスネットワークのノード内で使用するための搬送波位相同期システムを示すブロック図である。 図１のワイヤレスネットワークのバーストモードオペレーションのための搬送波位相回復ユニットを示す詳細なブロック図である。 図１のワイヤレスネットワークのために連結プロセス内で用いられるパイロット支援獲得ユニットにおいてパイロット獲得のために送信されたバーストのフレーム構造を示す図である。 図１のワイヤレスネットワークの連結プロセスのための搬送波位相回復ユニットを示す詳細なブロック図である。

Claims (21)

1. 多重リンクホッピング、バースト適応モデム内で使用するための搬送波位相回復方法であって、
   変調搬送波信号を、各々が１つまたは複数のパイロットシンボルおよびデータシンボルを有する一連のバーストとして受信し、
   前記１つまたは複数のパイロットシンボルを使用して、搬送波位相の粗い推定を行い、
   前記バーストのデータシンボルを使用して、バーストのための搬送波位相を推定するために、搬送波位相の前記粗い推定を使用して搬送波位相の精密な推定を行い、そして、
   搬送波位相の前記精密な推定を使用して、前記無線信号のための搬送波位相を補正する
   ことを含み、
   前記搬送波位相の粗い推定を行うことが、
   前記無線信号のバーストの１つまたは複数のパイロットシンボルをサンプリングし、そして、
   ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムに従って、サンプルの位相を抽出する
   ことを含むことを特徴とする方法。
2. 前記搬送波位相を推定することが、バーストのすべてのデータシンボルを平均化することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記搬送波位相を推定することが、バーストのデータシンボルを、所定時間にわたって平均化することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 搬送波位相の精密な推定を行うことが、
   抽出された前記位相に応答して複合フェーザを形成し、そして、
   前記複合フェーザ使用して前記データシンボルを逆回転する
   ことを含む、請求項１に記載の方法。
5. パイロットシンボルおよびデータシンボルを有するデータの現在のバーストを、パイロットシンボルおよびデータシンボルの以前のバーストからの等化器の重みを使用して等化するよう構成された第１の等化器と、
   前記現在のバーストの前記パイロットシンボルを使用して、データの前記現在のバーストの位相を回復する搬送波位相回復ユニットと、
   遅延されたバージョンの前記現在のバーストと、回復された前記位相とを組み合わせて、位相誤差補償された信号を生成するミクサと、そして、
   位相誤差補償された前記信号を等化して、等化された出力信号を生成し、そして、同一リンク上のデータの次のバーストを等化するために第１の等化器に適時に適用すべきメモリに、次のバーストの等化器の重みを提供する第２の適応等化器と
   を備える搬送波位相回復システム。
6. 次のバーストの等化器の重みを格納するために、第２の等化器に結合されたメモリ回路をさらに備える、請求項５に記載の搬送波位相回復システム。
7. 前記搬送波位相回復ユニットが、
   粗い搬送波位相推定回路と、
   回復した位相を生成するための、精密な搬送波位相推定回路と
   を備える、請求項５に記載の搬送波位相回復システム。
8. 前記粗い搬送波位相推定回路が、データの前記現在のバーストのパイロットシンボルを使用して、データの前記現在のバーストのための位相の粗い推定を行うよう構成された、請求項７に記載の搬送波位相回復システム。
9. 前記精密な搬送波位相推定回路が、位相の粗い推定および少なくともいくつかのデータを使用して回復された位相を生成するために、前記粗い搬送波位相推定回路に結合された、請求項８に記載の搬送波位相回復システム。
10. 前記精密な搬送波位相推定回路が、初期に等化された信号を受信するために、前記等化器に結合された、請求項９に記載の搬送波位相回復システム。
11. 前記粗い搬送波位相推定回路が、初期に等化された前記信号を受信するために、等化器に結合された、請求項１０に記載の搬送波位相回復システム。
12. 前記精密な搬送波位相推定回路が、逆回転回路を備えており、前記逆回転回路は、初期に等化された信号を受信するために等化器に結合され、もって、前記粗い搬送波位相推定回路からの推定信号に応答して、初期に等化された前記信号から推定された粗い搬送波位相を除去する、請求項７に記載の搬送波位相回復システム。
13. 前記逆回転回路が、フェーザ信号を前記推定信号として受信するために、前記粗い搬送波位相推定回路に結合された、請求項１２に記載の搬送波位相回復システム。
14. 前記精密な搬送波位相推定回路が、回復した位相を生成するために、搬送波から変調信号を除去するよう構成された、請求項７に記載の搬送波位相回復システム。
15. 前記精密な搬送波位相推定回路が、搬送波から前記変調信号を除去するためのデータ支援意思決定指向装置を備える、請求項１４に記載の搬送波位相回復システム。
16. 前記精密な搬送波位相推定回路が、搬送波内のノイズを減少させるために、前記データ支援意思決定指向装置に結合された平均化回路を備える、請求項１５に記載の搬送波位相回復システム。
17. 定常状態オペレーションにおいて、多重リンクホッピングおよびバースト適応モデム内で使用するための搬送波位相回復システムであって、
    メモリと、
    現在のリンクの現在のデータバーストの振幅および位相のばらつきを事前補償するための固定等化器であって、これを通じて、現在のリンクの以前のバーストに関係するタップ係数がメモリからロードされ、そして、事前補償された振幅および位相信号を生成するところの固定等化器と、
    複数の通信リンクのためのひずみ搬送波位相を抽出する搬送波位相回復ユニットであって、
    データの前記現在のバースト内に含まれる既知の多重パイロットシンボルを用いたパイロット支援技術を使用して、ひずみ搬送波位相の粗い推定を取得する第１のステージ、
    前記第１のステージに結合された固定位相バイアス除去ステージ、
    前記固定位相バイアス除去ステージに結合された複合共役フェーザ生成ステージ、
    前記フェーザ生成ステージによって生成されたフェーザ信号により等化された信号を逆回転させて、等化された信号から推定された粗い搬送波位相を除去し、もって、粗い位相補償された信号を生成するための逆回転手段、
    データ支援意思決定指向技術を使用して、粗い位相補償された前記信号から変調信号を除去するためのデータ支援位相推定器ステージ、
    データ支援位相推定器ステージからのＭシンボルを平均化して、ノイズ分散を減少させるための平均化手段、及び、
    前記タップ係数を生成し、そして、前記メモリ内に前記タップ係数を格納するための適応等化器ステージ
    を有するところの搬送波位相回復ユニットと
    を有する搬送波位相回復システム。
18. パイロットシンボルおよびデータシンボルの以前のバーストからの等化器の重みを使用して、パイロットシンボルおよびデータシンボルを含むデータの現在のバーストを等化し、
    前記現在のバーストの前記パイロットシンボルを使用して、データの前記現在のバーストの位相を回復し、
    遅延されたバージョンの前記現在のバーストと、回復された前記位相とを組み合わせて、位相誤差補償された信号を生成し、そして、
    位相誤差補償された前記信号を等化して、等化された出力信号を生成し、そして、同一リンク上のデータの次のバーストを等化するために第１の等化器に適時に適用すべきメモリに、次のバーストの等化器の重みを提供する
    ことを含む搬送波位相回復方法。
19. 次のバーストの等化器の重みを格納することをさらに含む、請求項１８に記載の搬送波位相回復方法。
20. データの前記現在のバーストのパイロットシンボルを使用して、データの前記現在のバーストのための位相の粗い推定を行うことをさらに含む、請求項１８に記載の搬送波位相回復方法。
21. 位相の粗い推定および少なくともいくつかのデータを使用して回復された位相を生成することをさらに含む、請求項２０に記載の搬送波位相回復方法。

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